KR20000035550A - Apparatus and method for separating components from a fluid mixture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산소 부화 가스 스트림을 제조하기 위하여 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하는 진공 압력 요동 흡착 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 포트식 밸브를 사용하는 진공 압력 요동 흡착 시스템을 작동하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vacuum pressure swing adsorption system for selectively adsorbing nitrogen from air to produce an oxygen enriched gas stream, and more particularly to an apparatus and method for operating a vacuum pressure swing adsorption system using a multi-port valve. will be.
최근에 경제적인 관점에서, 산소 또는 질소를 제조하기 위하여 진공 압력 요동 흡착(VPSA) 시스템에 의해 공기를 분리하는 방법이 많이 이용되고 있다. 이러한 유형의 시스템에 사용되는 사이클은 일반적으로 비교적 짧다. VPSA 시스템의 장점은 각 단계에서의 시간이 감소된다는 것이다. 이러한 시간의 감소는 새로운 사이클의 바람직한 작동에 있어서 매우 엄밀한 프로세스 밸브의 작동을 야기하게 되었다. 프로세스 밸브를 개폐하는데 필요한 시간은 중요한 인자인 것으로 판명되었다. 현재 이러한 유형의 서비스에 유용한 자동 밸브는 사이클의 조건에 반응하도록 자체 능력이 제한된다.Recently, from an economic point of view, a method of separating air by a vacuum pressure swing adsorption (VPSA) system has been widely used to produce oxygen or nitrogen. The cycles used in this type of system are generally relatively short. The advantage of the VPSA system is that the time at each step is reduced. This reduction in time has resulted in the operation of a very rigid process valve in the desired operation of the new cycle. The time required to open and close the process valve proved to be an important factor. Currently automatic valves useful for this type of service are limited in their ability to respond to cycle conditions.
오늘날에는 다수의 VPSA 시스템이 사용되고 있다. 이들 시스템은 특정 사이클에 따라서 유체의 유동을 지시하는 다수의 독립식 이중 포트 밸브들을 일반적으로 이용한다. 이들 밸브는 복잡하고 값비싼 배관 시스템에 의해 상호 연결된다. 그 결과, 이들 VPSA 시스템의 관련 자본비용이 높으며, 밸브의 물리적 특성에 의해 시스템 최적화가 제한을 받기 때문에 높은 작동 비용이 소요된다.Many VPSA systems are in use today. These systems generally use a number of independent dual port valves that direct the flow of fluid according to a particular cycle. These valves are interconnected by complex and expensive piping systems. As a result, the associated capital costs of these VPSA systems are high, and high operating costs are required because system optimization is limited by the physical properties of the valves.
예를 들어, 미국특허 제 5,549,733호에는 공기로부터 산소를 제조하기 위해 사용되는 진공식 사이클이 개시되어 있으며, 이 특허의 장치는 사이클을 제어하기 위한 6 개의 개별적인 자동 밸브를 포함한다. 다른 예를 들면, 미국특허 제 5,223,004호에는 압력 변화에 의해 흡착제를 재생시키고 두 개의 흡착체를 사용하는 유형의 가스 흡착 분리 방법이 개시되어 있는데, 이 방법은 유동, 압력 및 사이클의 타이밍을 제어하기 위해 적어도 6 개의 자동 밸브를 이용한다. 미국특허 제 5,144,440호에 개시되어 있는 3 베드 프로세스의 진공 요동 흡착 시스템에 의해 공기의 산소를 부화시키는 프로세스는 다수의 독립 자동 밸브를 이용한다. 유동을 지시하기 위하여 회전 플러그를 사용하는 2 개의 밸브 부재를 갖춘 밸브 조립체가 산소 농축기 시스템을 위한 미국특허 제 5,114,441호에 개시되어 있다. 미국특허 제 5,122,164호에 개시되어 있는 2 베드 압력 요동 프로세스는 균등화 단계를 위한 2 개의 자동 밸브와 함께 사이클의 제어를 위한 6 개의 자동 밸브를 이용한다. 따라서, VPSA 시스템 내의 공급 및 진공 시스템과 관련된 밸브를 배관하고 스위칭하는 밸브 활주 기저부의 전부 또는 대다수를 제거하는 것이 바람직할 것이다.For example, US Pat. No. 5,549,733 discloses a vacuum cycle used to produce oxygen from air, the apparatus of which includes six individual automatic valves for controlling the cycle. In another example, US Pat. No. 5,223,004 discloses a gas adsorptive separation method of the type which regenerates adsorbents by pressure changes and uses two adsorbents, which control the timing of flow, pressure and cycles. At least six automatic valves are used. The process of enriching oxygen in air by the three-bed vacuum swing adsorption system disclosed in US Pat. No. 5,144,440 utilizes a number of independent automatic valves. A valve assembly with two valve members using a rotary plug to direct flow is disclosed in US Pat. No. 5,114,441 for an oxygen concentrator system. The two bed pressure swing process disclosed in US Pat. No. 5,122,164 utilizes six automatic valves for control of the cycle with two automatic valves for the equalization step. Thus, it would be desirable to remove all or most of the valve slide base that pipes and switches valves associated with supply and vacuum systems in the VPSA system.
본 발명의 목적은 공기와 같은 유체로부터 소정의 성분(예를 들면, 질소)을 선택적으로 제거하기 위한 보다 소수의 밸브를 이용하는 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a system using fewer valves to selectively remove certain components (eg nitrogen) from a fluid such as air.
본 발명의 다른 목적은 시스템의 구성요소를 연결시키는 과도한 배관을 제거하는 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a system for removing excess piping connecting the components of the system.
본 발명의 또 다른 목적은 향상된 사이클 시간 및 효율을 갖는 VPSA 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a VPSA system with improved cycle time and efficiency.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 동력을 사용하는 VPSA 시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a VPSA system that uses less power.
본 발명의 기타 목적 및 이점들은 본 명세서로부터 명백하게 드러날 것이다.Other objects and advantages of the invention will be apparent from the description.
도 1은 종래의 VPSA 시스템의 개략도.1 is a schematic diagram of a conventional VPSA system.
도 2는 VPSA 시스템과 사용하기 위한 본 발명의 이중 챔버 다중 포트식 회전 밸브의 평면도.2 is a plan view of a dual chamber multi-port rotary valve of the present invention for use with a VPSA system.
도 3은 내부 밸브 요소를 드러내기 위하여 도관 덮개가 제거된, 도 2의 이중 챔버 다중 포트식 회전 밸브의 평면도.3 is a plan view of the dual chamber multi-port rotary valve of FIG. 2 with the conduit cover removed to reveal the inner valve element.
도 4a는 도 3의 선 4a-4a를 따라 취해진 제 1 챔버(공기 공급측) 내의 회전 밸브를 도시하는 단면도.4A is a cross-sectional view showing a rotary valve in a first chamber (air supply side) taken along line 4A-4A in FIG. 3.
도 4b는 도 3의 선 4b-4b를 따라 취해진 제 2 챔버(진공측) 내의 회전 밸브를 도시하는 단면도.FIG. 4B is a cross-sectional view showing a rotary valve in a second chamber (vacuum side) taken along line 4b-4b in FIG. 3.
도 5는 도 2의 밸브에 사용되는 밸브 시일의 사시도.5 is a perspective view of a valve seal used for the valve of FIG.
도 6은 VPSA 시스템 내의 본 발명에 따른 다중 포트식 회전 밸브의 접속부의 개략도.6 is a schematic representation of a connection of a multi-port rotary valve according to the present invention in a VPSA system.
도 7은 본 발명의 다중 포트식 회전 밸브와 결합되는 양호한 VPSA 시스템의 개략도.7 is a schematic diagram of a preferred VPSA system incorporating the multi-port rotary valve of the present invention.
도 8a 내지 도 8d는 양호한 VPSA 시스템 사이클 단계의 작동 중에 공기 공급측 회전 밸브의 제 1 챔버의 위치를 나타내는, 도 4a와 유사한 단면도.8A-8D are cross-sectional views similar to FIG. 4A showing the location of the first chamber of the air supply side rotary valve during operation of a preferred VPSA system cycle stage.
도 8e 내지 도 8h는 양호한 VPSA 시스템 사이클 단계의 작동 중에 진공측 회전 밸브의 제 2 챔버의 위치를 나타내는, 도 4b와 유사한 단면도.8E-8H are cross-sectional views similar to FIG. 4B showing the position of the second chamber of the vacuum-side rotary valve during operation of a preferred VPSA system cycle step.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : 집적 탱크11: integrated tank
54, 63, 68, 71, 74, 78, 79, 83, 86, 90, 92 : 밸브54, 63, 68, 71, 74, 78, 79, 83, 86, 90, 92: valve
76 : 계량기 101 : 배출구 소음기76: meter 101: outlet silencer
102, 103 : 진공 펌프 104 : 공급 공기 유입부102, 103: vacuum pump 104: supply air inlet
105 : 맥동 용기 106 : 공급 송풍기105: pulsation vessel 106: supply blower
107 : 소음기 108 : 배출구 소음기107: silencer 108: outlet silencer
109 : 베드 B 110 : 베드 A109: Bed B 110: Bed A
200 : 회전 밸브 201 : 밸브 본체200: rotary valve 201: valve body
202a, 202b : 플러그 또는 드럼 203 : 샤프트202a, 202b: plug or drum 203: shaft
204 : 베어링 205 : 칸막이204: bearing 205: partition
206a, 206b : 통로 208a, 208b : 모터206a, 206b: passage 208a, 208b: motor
217 : 시일 218a, 218b : 개구부217: seal 218a, 218b: opening
220a, 220b : 개구부 221a-221d : 시일 섹션220a, 220b: opening 221a-221d: seal section
222, 224 : 매니폴드 223 : 프레임222, 224: manifold 223: frame
당업자에게 명백하여질 본 발명의 상기 목적 등은 다음과 같은 본 발명에 의해 달성된다.The above objects and the like of the present invention will become apparent to those skilled in the art by the following invention.
본 발명의 제 1 양태에 있어서, 유체 혼합물로부터 성분들을 분리하기 위한 장치는 제 1 압력 상태에 있는 유체의 소스, 제 1 압력과 상이한 제 2 압력 상태에 있는 유체의 소스, 및 유체로부터 성분을 선택적으로 흡착하기 위한 흡착제를 내포하고 있는 하나 이상의 챔버를 포함한다. 이 장치는 제 1 유로에 의해 제 1 압력 유체에, 그리고 제 2 유로에 의해 제 2 압력 유체에 작동 가능하게 연결되는 밸브를 더 포함한다. 또한, 밸브는 제 1 유동 포트에 의해 챔버에, 그리고 제 2 유동 포트에 의해 배출구에 작동 가능하게 연결된다. 밸브는 제 1 및 제 2 유로를 선택된 유동 포트에 동시에 상호 연결시키는 다수의 위치를 갖는다. 밸브는 제 1 위치에서 제 1 또는 제 2 압력 유체와 챔버 사이에 유동을 제공하도록 제 1 또는 제 2 유로와 제 1 유동 포트를 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 2 위치에서 제 1 또는 제 2 압력 유체와 배출구 사이에 유동을 제공하도록 제 1 또는 제 2 유로와 제 2 유동 포트를 연결시킬 수 있다.In a first aspect of the invention, an apparatus for separating components from a fluid mixture provides a source of fluid in a first pressure state, a source of fluid in a second pressure state different from the first pressure, and a component from the fluid. One or more chambers containing an adsorbent for adsorption. The apparatus further includes a valve operably connected to the first pressure fluid by the first flow passage and to the second pressure fluid by the second flow passage. The valve is also operably connected to the chamber by a first flow port and to the outlet by a second flow port. The valve has a number of positions that simultaneously interconnect the first and second flow paths to the selected flow port. The valve may connect the first or second flow path and the first flow port to provide flow between the chamber with the first or second pressure fluid in the first position. The valve may connect the first or second flow path and the second flow port to provide flow between the first or second pressure fluid and the outlet in the second position.
본 발명의 제 2 양태에 있어서, 유체 혼합물로부터 성분들을 분리하기 위한 장치는 공급 유체의 소스, 진공의 소스, 및 유체로부터 성분을 선택적으로 흡착하기 위한 흡착제를 각각 내포하고 있는 제 1 및 제 2 챔버를 포함한다. 바람직하게는, 공급 유체의 소스가 공급 공기의 소스로 구성되고, 챔버들은 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하기 위한 흡착제의 베드를 포함한다. 또한, 본 장치는 제 1 유로에 의해 공급 유체의 소스 또는 진공 소스에, 제 2 유로에 의해 제 2 압력 유체에, 제 1 유동 포트에 의해 제 1 챔버에, 그리고 제 2 유동 포트에 의해 제 2 챔버에 작동 가능하게 연결되는 밸브를 포함한다. 이 밸브는 제 1 유로를 선택된 유동 포트에 동시에 상호 연결시키는 다수의 위치를 갖는다. 밸브는 제 1 위치에서 공급 유체의 소스와 제 1 챔버 사이에 유로를 제공하도록 제 1 유로와 제 1 유동 포트를 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 2 위치에서 공급 유체의 소스 또는 진공의 소스와 제 2 챔버 사이에 유로를 제공하도록 제 1 유로와 제 2 유동 포트를 연결시킬 수 있다.In a second aspect of the invention, an apparatus for separating components from a fluid mixture comprises first and second chambers, each containing a source of feed fluid, a source of vacuum, and an adsorbent for selectively adsorbing the components from the fluid. It includes. Preferably, the source of feed fluid consists of a source of feed air and the chambers comprise a bed of adsorbent for selectively adsorbing nitrogen from the air. The apparatus also provides a source of supply fluid or vacuum source by a first flow path, a second pressure fluid by a second flow path, a first chamber by a first flow port, and a second by a second flow port. A valve operably connected to the chamber. The valve has a number of positions that simultaneously interconnect the first flow path to the selected flow port. The valve may connect the first flow path and the first flow port to provide a flow path between the source of the supply fluid and the first chamber in the first position. The valve may connect the first flow path and the second flow port to provide a flow path between the source of the supply fluid or the source of the vacuum and the second chamber in the second position.
바람직하게는, 밸브가 두 개의 밸브 부분을 갖는다. 제 1 밸브 부분은 공급 유체의 소스에 작동 가능하게 연결되고 제 2 밸브 부분은 진공의 소스에 작동 가능하게 연결된다. 제 1 위치에서, 밸브는 공급 유체 소스를 제 1 챔버에 그리고 진공 소스를 제 2 챔버에 동시에 연결시킨다. 제 2 위치에서, 밸브는 공급 유체 소스를 제 2 챔버에 그리고 진공 소스를 제 1 챔버에 동시에 연결시킨다. 밸브는 대기로의 배출구에 연결되어 있는 제 2 유동 포트를 더 포함할 수 있다.Preferably, the valve has two valve parts. The first valve portion is operably connected to a source of feed fluid and the second valve portion is operably connected to a source of vacuum. In the first position, the valve connects the feed fluid source to the first chamber and the vacuum source to the second chamber simultaneously. In the second position, the valve connects the feed fluid source to the second chamber and the vacuum source to the first chamber simultaneously. The valve may further comprise a second flow port connected to the outlet to the atmosphere.
또 다른 본 발명의 양태에 있어서, 유체 혼합물로부터 성분들을 분리하기 위한 장치는 공급 유체의 소스, 진공의 소스, 및 유체로부터 성분을 선택적으로 흡착하기 위한 흡착제를 각각 내포하고 있는 제 1 및 제 2 챔버를 포함한다. 또한, 이 장치는 제 1 및 제 2 부분을 갖고 있는 밸브를 포함한다. 제 1 밸브 부분은 제 1 유로에 의해 공급 유체의 소스에, 제 1 유동 포트에 의해 제 1 챔버에, 제 2 유동 포트에 의해 제 2 챔버에, 그리고 제 3 유동 포트에 의해 대기로의 배출구에 작동 가능하게 연결된다. 제 2 밸브 부분은 제 2 유로에 의해 진공의 소스에, 제 4 유동 포트에 의해 제 1 챔버에, 제 5 유동 포트에 의해 제 2 챔버에, 그리고 제 6 유동 포트에 의해 대기로의 배출구에 작동 가능하게 연결된다. 밸브는 유로들을 유동 포트들에 상호 연결시키는 다수의 위치를 갖는다. 밸브는 제 1 위치에서 제 1 유로를 제 1 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 5 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 2 위치에서 제 1 유로를 제 3 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 4 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 3 위치에서 제 1 유로를 제 2 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 4 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 4 위치에서 제 1 유로를 제 3 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 4 유동 포트에 연결시킬 수 있다.In another aspect of the invention, an apparatus for separating components from a fluid mixture comprises first and second chambers each containing a source of feed fluid, a source of vacuum, and an adsorbent for selectively adsorbing the components from the fluid. It includes. The device also includes a valve having first and second portions. The first valve portion is connected to the source of feed fluid by the first flow path, to the first chamber by the first flow port, to the second chamber by the second flow port, and to the outlet to the atmosphere by the third flow port. It is operatively connected. The second valve portion operates to the source of vacuum by the second flow path, to the first chamber by the fourth flow port, to the second chamber by the fifth flow port, and to the outlet to the atmosphere by the sixth flow port. Possibly connected. The valve has a number of positions that interconnect the flow paths to the flow ports. The valve may connect the first flow path to the first flow port and the second flow path to the fifth flow port in the first position. The valve may connect the first flow path to the third flow port and the second flow path to the fourth flow port in the second position. The valve may connect the first flow path to the second flow port and the second flow path to the fourth flow port in the third position. The valve may connect the first flow path to the third flow port and the second flow path to the fourth flow port in the fourth position.
바람직한 실시예에 있어서, 이 밸브는 하우징을 가지며, 유동 포트들이 하우징의 외측벽 상에 배치된다. 밸브는 유로들을 유동 포트들에 연결시킬 수 있는 회전 드럼을 더 포함하며, 제 1 및 제 2 밸브 부분은 드럼의 축선을 따라서 종방향으로 이격된다. 드럼이 밸브 내에서 두 개의 챔버 사이에서 분할될 수 있으며, 두 개의 챔버 중의 한 챔버는 제 1 밸브 부분에 해당되며 다른 챔버는 제 2 밸브 부분에 해당된다. 챔버 각각은 서로에 대해 독립적으로 배치될 수 있다. 밸브는 종축선을 중심으로 회전 가능한 챔버 내의 독립 드럼 부분을 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the valve has a housing and flow ports are arranged on the outer wall of the housing. The valve further comprises a rotating drum capable of connecting the flow paths to the flow ports, wherein the first and second valve portions are longitudinally spaced along the axis of the drum. The drum may be divided between two chambers in the valve, one of the two chambers corresponding to the first valve portion and the other chamber to the second valve portion. Each chamber may be arranged independently of one another. The valve may include an independent drum portion within the chamber that is rotatable about the longitudinal axis.
바람직한 회전 밸브에 있어서, 유동 포트는 밸브의 외측벽 상에 배치된다. 또한, 밸브는 유로들을 유동 포트들에 연결시키도록 여러 위치와 개구부 사이에는 움직이도록 회전 가능한 내부 플러그 부재를 포함할 수 있다. 밸브는 하우징과 내부 플러그 부재 사이에 가동 시일을 더 포함할 수 있으며, 이 가동 시일은 다수의 위치 사이에서 플러그의 자유로운 움직임을 허용한다.In a preferred rotary valve, the flow port is disposed on the outer wall of the valve. The valve may also include an internal plug member that is rotatable to move between various locations and openings to connect the flow paths to the flow ports. The valve may further comprise a movable seal between the housing and the inner plug member, the movable seal allowing free movement of the plug between multiple positions.
이들과 관련된 본 발명의 다른 양태에 있어서, 유체 혼합물로부터 성분들을 분리하기 위한 방법이 제공된다. 먼저, 제 1 압력 상태에 있는 유체의 소스, 제 1 압력과 상이한 제 2 압력 상태에 있는 유체의 소스, 및 유체로부터 성분을 선택적으로 제거할 수 있는 챔버가 제공된다. 또한, 제 1 유로에 의해 제 1 압력 유체에, 제 2 유로에 의해 제 2 압력 유체에, 제 1 유동 포트에 의해 챔버에, 그리고 제 2 유동 포트에 의해 배출구에 작동 가능하게 연결되는 밸브가 제공된다. 이 밸브는 제 1 및 제 2 유로를 선택된 유동 포트에 동시에 상호 연결시키는 다수의 위치를 갖는다. 그 다음에, 이 방법은 제 1 또는 제 2 압력 유체와 챔버 사이에 유동을 제공하도록 제 1 또는 제 2 유로와 제 1 유동 포트를 연결시키는 제 1 위치로 밸브를 이동시키는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 제 1 또는 제 2 압력 유체와 배출구 사이에 유동을 제공하도록 제 1 또는 제 2 유로와 제 2 유동 포트를 연결시키는 제 2 위치로 밸브를 이동시키는 단계를 더 포함한다.In another aspect of the invention in connection therewith, a method for separating components from a fluid mixture is provided. First, a source of fluid in a first pressure state, a source of fluid in a second pressure state different from the first pressure, and a chamber capable of selectively removing components from the fluid are provided. There is also provided a valve operably connected to the first pressure fluid by the first flow passage, to the second pressure fluid by the second flow passage, to the chamber by the first flow port, and to the outlet by the second flow port. do. The valve has a number of positions that simultaneously interconnect the first and second flow paths to the selected flow port. The method then includes moving the valve to a first position connecting the first or second flow path and the first flow port to provide flow between the first or second pressure fluid and the chamber. The method also includes moving the valve to a second position connecting the first or second flow path and the second flow port to provide flow between the first or second pressure fluid and the outlet.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 유체 혼합물로부터 성분들을 분리하기 위한 방법이 제공된다. 공급 유체의 소스, 진공의 소스, 및 유체로부터 성분을 선택적으로 흡착하기 위한 흡착제를 각각 내포하고 있는 제 1 및 제 2 챔버가 제공된다. 바람직하게는, 공급 유체의 소스가 공급 공기의 소스로 구성되고, 챔버들은 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하기 위한 흡착제의 베드를 포함한다. 또한, 제 1 유로에 의해 공급 유체의 소스 또는 진공 소스에, 제 1 유동 포트에 의해 제 1 챔버에, 그리고 제 2 유동 포트에 의해 제 2 챔버에 작동 가능하게 연결되는 밸브가 제공된다. 이 밸브는 제 1 유로를 선택된 유동 포트에 동시에 상호 연결시키는 다수의 위치를 갖는다. 그 다음에, 이 방법은 공급 유체, 바람직하게는 공기를 제 1 챔버 내로 유입시키고 이 유체로부터 소정의 성분, 바람직하게는 질소를 선택적으로 제거하기 위하여 공급 유체의 소스를 제 1 챔버에 연결시키는 동시에, 제 2 챔버로부터 유체를 배출시키도록 진공의 소스를 제 2 챔버에 동시 연결시키기 위하여 밸브를 제 1 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. 그 다음에, 밸브는 제 1 챔버를 밀폐시키는 동시에, 제 2 챔버를 비우도록 진공 소스를 제 2 챔버에 연결시키기 위하여 제 2 위치로 이동된다. 이 후에, 밸브는 공급 유체, 바람직하게는 공기를 제 2 챔버로 유입시키고 이 유체로부터 소정의 성분, 바람직하게는 질소를 선택적으로 제거하기 위하여 공급 유체의 소스를 제 2 챔버에 연결시키는 동시에, 제 1 챔버로부터 유체를 배출시키도록 진공의 소스를 제 1 챔버에 동시 연결시키기 위하여 제 3 위치로 이동된다. 마지막으로, 밸브는 제 2 챔버를 밀폐시키는 동시에, 제 1 챔버를 비우도록 진공 소스를 제 1 챔버에 연결시키기 위하여 제 4 위치로 이동된다.In another aspect of the present invention, a method for separating components from a fluid mixture is provided. First and second chambers are provided, each containing a source of feed fluid, a source of vacuum, and an adsorbent for selectively adsorbing components from the fluid. Preferably, the source of feed fluid consists of a source of feed air and the chambers comprise a bed of adsorbent for selectively adsorbing nitrogen from the air. Also provided is a valve operably connected to a source or vacuum source of feed fluid by a first flow path, to a first chamber by a first flow port, and to a second chamber by a second flow port. The valve has a number of positions that simultaneously interconnect the first flow path to the selected flow port. The method then connects a source of feed fluid to the first chamber to introduce a feed fluid, preferably air into the first chamber and to selectively remove certain components, preferably nitrogen, from the fluid. Moving the valve to the first position to simultaneously connect a source of vacuum to the second chamber to drain the fluid from the second chamber. The valve is then moved to a second position to connect the vacuum source to the second chamber to seal the first chamber and simultaneously empty the second chamber. Thereafter, the valve connects a source of the supply fluid to the second chamber to introduce a supply fluid, preferably air into the second chamber and to selectively remove certain components, preferably nitrogen, from the fluid. A source of vacuum is moved to a third position to simultaneously connect the source of vacuum to the first chamber to drain the fluid from the first chamber. Finally, the valve is moved to a fourth position to connect the vacuum source to the first chamber to seal the second chamber while simultaneously emptying the first chamber.
바람직한 실시예에 있어서, 밸브는 제 1 및 제 2 부분을 갖는다. 제 1 밸브 부분은 제 1 유로에 의해 공급 유체의 소스에, 제 1 유동 포트에 의해 제 1 챔버에, 제 2 유동 포트에 의해 제 2 챔버에, 그리고 제 3 유동 포트에 의해 대기로의 배출구에 작동 가능하게 연결된다. 제 2 밸브 부분은 제 2 유로에 의해 진공의 소스에, 제 4 유동 포트에 의해 제 1 챔버에, 제 5 유동 포트에 의해 제 2 챔버에, 그리고 제 6 유동 포트에 의해 대기로의 배출구에 작동 가능하게 연결된다. 밸브는 유로들을 유동 포트들에 상호 연결시키는 다수의 위치를 갖는다. 밸브는 제 1 위치에서 제 1 유로를 제 1 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 5 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 2 위치에서 제 1 유로를 제 3 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 4 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 3 위치에서 제 1 유로를 제 2 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 4 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브는 제 4 위치에서 제 1 유로를 제 3 유동 포트에 그리고 제 2 유로를 제 4 유동 포트에 연결시킬 수 있다. 밸브의 제 1 및 제 2 부분은 서로에 대해 독립적으로 움직이거나, 또는 서로 연결되어 함께 움직일 수도 있다.In a preferred embodiment, the valve has first and second parts. The first valve portion is connected to the source of feed fluid by the first flow path, to the first chamber by the first flow port, to the second chamber by the second flow port, and to the outlet to the atmosphere by the third flow port. It is operatively connected. The second valve portion operates to the source of vacuum by the second flow path, to the first chamber by the fourth flow port, to the second chamber by the fifth flow port, and to the outlet to the atmosphere by the sixth flow port. Possibly connected. The valve has a number of positions that interconnect the flow paths to the flow ports. The valve may connect the first flow path to the first flow port and the second flow path to the fifth flow port in the first position. The valve may connect the first flow path to the third flow port and the second flow path to the fourth flow port in the second position. The valve may connect the first flow path to the second flow port and the second flow path to the fourth flow port in the third position. The valve may connect the first flow path to the third flow port and the second flow path to the fourth flow port in the fourth position. The first and second portions of the valve may move independently of one another or may be connected together and move together.
밸브는 하우징 및 유로들을 선택된 유동 포트들에 연결시키도록 내부 통로를 갖춘 회전 가능한 내부 플러그를 가질 수 있다. 또한, 이 방법은 유로들을 선택된 유동 포트들에 연결시키는 각각의 단계에 앞서 드럼을 회전시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.The valve may have a rotatable inner plug with an inner passage to connect the housing and flow paths to selected flow ports. The method may also further comprise rotating the drum prior to each step of connecting the flow paths to the selected flow ports.
보다 바람직하게는, 밸브는 하우징, 유로들을 선택된 유동 포트들에 연결시키도록 다수의 위치 사이에서 회전 가능한 내부 플러그, 및 하우징과 내부 플러그 사이에 가동 시일을 가질 수 있다. 또한, 본 방법은 여러 위치 사이에서 플러그의 자유로운 이동을 허용하기 위하여 밸브를 여러 위치들로 움직이기 전에 시일을 후퇴시키는 단계를 더 포함한다.More preferably, the valve may have a housing, an inner plug rotatable between a plurality of positions to connect the flow paths to selected flow ports, and a movable seal between the housing and the inner plug. The method further includes retracting the seal before moving the valve to the various positions to allow free movement of the plug between the various positions.
본 발명의 신규한 특징 및 본 발명의 요소의 특징은 첨부된 특허청구범위에서 개시된다. 도면은 단지 예를 도시한 것이며, 일정한 비율로 도시되지는 않았다. 그러나, 본 발명의 구성 및 작동 방법은 첨부된 도면과 관련하여 기재되는 하기의 상세한 설명에 의해 자명해질 것이다.The novel features of the invention and the features of the elements of the invention are disclosed in the appended claims. The drawings are only examples, and are not drawn to scale. However, the construction and operation method of the present invention will become apparent by the following detailed description described in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 8의 동일한 참조부호는 본 발명의 동일한 특징부를 나타낸다. 본 발명의 특징부는 도면 내에 일정한 비율로 도시될 필요는 없다.In describing preferred embodiments of the present invention, the same reference numerals in FIGS. 1 to 8 denote the same features of the present invention. Features of the invention need not be drawn to scale in the drawings.
본 발명은 바람직한 실시예에 있어서 VPSA 시스템에 다중 챔버 다중 포트식 밸브를 이용하여, 보다 경제적으로 공기 분리를 수행한다. 비록 기재되는 VPSA 시스템이 산소 부화 공기 생성물을 제조하기 위하여 공기로부터 질소를 분리하는데 사용되지만, 유체의 희망 성분을 분리하는 다른 유사한 시스템에 본 발명의 다중 포트식 밸브가 이용될 수 있다. 밸브의 구성은 종래의 기술에 사용되는 다중 독립 밸브를 대신하며, 경제적인 VPSA 적용을 위하여 연결 배관이 감소된 낮은 압력 강하, 급속 작동, 낮은 마모, 낮은 토크, 및 저비용을 갖게 된다.The present invention utilizes a multi-chamber multi-port valve in a VPSA system in a preferred embodiment to more economically perform air separation. Although the described VPSA system is used to separate nitrogen from air to produce an oxygen enriched air product, the multiported valve of the present invention can be used in other similar systems for separating the desired components of a fluid. The construction of the valve replaces the multiple independent valves used in the prior art, and the connecting piping has reduced low pressure drop, rapid actuation, low wear, low torque, and low cost for economical VPSA applications.
도 1은 통상적인 종래의 VPSA 시스템을 도시하고 있다. 이 시스템은 질소 흡착물질을 내포하는 챔버 베드 A(110) 및 챔버 베드 B(109)와, 배출구 소음기(101)를 내포하는 진공부와, 시스템으로부터 폐기 가스를 제거하는 제 1 및 제 2 단계 진공 펌프(103 및 102)와, 공급 송풍기(106)와, 산소 부화 생성물용 집적 탱크(11)와, 배출구 소음기(108)와, 그리고 다양한 장치들을 연결시키는 배관 및 관련 밸브들을 포함한다. 베드 A 및 B에 내포되는 질소 흡착물질은 바람직하게는 칼슘, 나트륨 또는 리튬 X 또는 A 구조 제올라이트 흡착제이다. VPSA 시스템은 통상적으로 약 92 중량 퍼센트의 산소를 포함하는 부화 생성물을 생산한다(이하, 모든 구성은 중량 퍼센트로 기재됨).1 illustrates a conventional conventional VPSA system. The system includes chamber bed A 110 and chamber bed B 109 containing nitrogen adsorbent, a vacuum section containing outlet silencer 101, and first and second stage vacuums to remove waste gas from the system. Pumps 103 and 102, feed blower 106, integrated tank 11 for oxygen enrichment products, outlet silencer 108, and piping and associated valves connecting various devices. The nitrogen adsorbents contained in beds A and B are preferably calcium, sodium or lithium X or A structure zeolite adsorbents. The VPSA system typically produces a hatching product comprising about 92 weight percent oxygen (hereinafter all configurations are described in weight percent).
공급 공기 유입부(104)로부터 여과된 대기 공기는 배관(95) 및 맥동 용기(105)를 거쳐 배관(94)을 통해 로브(lobe) 타입의 압축기 또는 공급 송풍기(106)로 유입된다. 공급 송풍기(106)로부터 배출된 공기는 배관(93)을 통해 소음기(107)를 통과한다. 배출 공기는 배관(92)을 거치고 배관(82) 및 배관(87)으로 분리되는 배관(88)을 통과한다. 공급 밸브(83 및 86)는 배관(84 및 85)을 통해 베드 A 또는 베드 B로 공급 공기를 제공하도록 사이클 제어기에 의한 지시에 의해 개방된다. 공급 송풍기(106)가 계속해서 작동하는 것이 바람직하기 때문에, 공급 공기가 베드 A나 베드 B로 공급되지 않는 시간간격 동안에, 초과 공급 공기는 배관(92)으로부터 배관(89), 개방된 밸브(90), 배관(91) 및 배출구 소음기(108)를 통해 대기로 방출된다.The atmospheric air filtered from the supply air inlet 104 enters the lobe type compressor or the supply blower 106 through the pipe 95 and the pulsation vessel 105 through the pipe 94. Air discharged from the supply blower 106 passes through the silencer 107 through the pipe 93. Exhaust air passes through a pipe 88 passing through a pipe 92 and separated into a pipe 82 and a pipe 87. The supply valves 83 and 86 are opened by the instruction by the cycle controller to provide supply air to the bed A or the bed B through the pipes 84 and 85. Since the supply blower 106 is preferably operated continuously, the excess supply air from the piping 92 to the piping 89, the open valve 90, during the time interval in which the supply air is not supplied to the bed A or the bed B. ), Pipe 91 and outlet silencer 108 to the atmosphere.
시스템의 진공측에서, 공기는 베드 A 또는 베드 B로부터 밸브(63 및 79)의 작동에 의해, 배관(62 및 112)과 배관(61 및 57)을 통하여 제 1 단계 진공 펌프(103)로 유출된다. 그 다음에, 배관(56)을 통해 방출된 가스는 제 2 단계 진공 펌프(102)를 통과하여 배출구 소음기(101)로 방출된다. 또한, 진공 펌프(102, 103)가 계속적으로 작동하는 것이 바람직하기 때문에, 진공이 베드 A나 베드 B로 공급되지 않는 시간간격 동안에, 초과 용량은 배관(60), 밸브(92) 및 배관(58)을 통해 다시 진공 펌프(103)로 재순환된다. 사이클의 여러 시간에 발달되는 배관(56) 내의 초과 압력은 배관(53), 개방 밸브(54) 및 배관(55)을 거쳐 방출된다.On the vacuum side of the system, air flows out of bed A or bed B to the first stage vacuum pump 103 by actuation of valves 63 and 79 through piping 62 and 112 and piping 61 and 57. do. The gas released through the pipe 56 is then passed through the second stage vacuum pump 102 to the outlet silencer 101. In addition, since it is preferable that the vacuum pumps 102 and 103 continue to operate, during the time interval in which the vacuum is not supplied to the bed A or the bed B, the excess capacity is increased by the pipe 60, the valve 92 and the pipe 58. Is recycled back to the vacuum pump 103. Excess pressure in piping 56 that develops at various times of the cycle is released via piping 53, open valve 54, and piping 55.
만일 베드 A(110)가 가압되면, 자동 제어 밸브(83)는 베드 A 내의 압력을 상승시키도록 개방된다. 공기는 배관(84 및 85)을 통해, 질소를 흡착하는 베드 A로 보내진다. 산소 부화 생성물은 생성물 배관(76a)에 수집되고, 생성물 밸브(68), 생성물 배관(70), 밸브(71) 및 배관(72)을 통해 생성물 집적 탱크(11)로 보내진다. 집적 탱크(11)는 소비용 산소 부화 생성물을 용이하게 운송하는데 이용되고, 배관(73)을 거친 유동 제어 밸브(74)로의 통과는 상기 소비용 생성물의 공급을 조절하여, 생성물은 배관(75)을 통과하여 배관(77)에서 방출되기 전에 계량기(76)를 통해 계량된다.If bed A 110 is pressurized, automatic control valve 83 is opened to raise the pressure in bed A. Air is sent through pipes 84 and 85 to bed A, which adsorbs nitrogen. The oxygen enriched product is collected in the product piping 76a and sent to the product accumulation tank 11 through the product valve 68, the product piping 70, the valve 71, and the piping 72. The integrated tank 11 is used to easily transport the consumption oxygen enrichment product, and the passage to the flow control valve 74 via the piping 73 regulates the supply of the consumption product so that the product is connected to the piping 75. It is metered through meter 76 before passing through and exiting pipe 77.
베드 A(110)가 흡착 사이클에 있는 기간동안에, 베드 B(109)는 흡착 또는 재생 사이클에 있게 된다. 이러한 기간동안에, 베드 B(109)는 먼저 밸브(68 및 78)를 개방시키고 배관(69)을 통한 유동을 허용함으로써 베드 A(110)와의 압력 균등화에 의해 자체 압력을 감소시킨다. 균등화 이후에, 밸브(78)는 폐쇄된다. 그 다음에, 베드 B(109) 내의 압력이 진공 펌프(102, 103)에 의해 감소된다. 진공 펌프(102, 103)로의 유동 및 이를 통과하는 유동은 배관(810, 밸브(79), 배관(112), 배관(62), 배관(61 및 57), 진공 펌프(103), 배관(56), 진공 펌프(102), 배관(51), 및 배출구 소음기(101)를 통과한다.While bed A 110 is in an adsorption cycle, bed B 109 is in an adsorption or regeneration cycle. During this period, bed B 109 first reduces its pressure by equalizing pressure with bed A 110 by first opening valves 68 and 78 and allowing flow through piping 69. After equalization, the valve 78 is closed. The pressure in bed B 109 is then reduced by vacuum pumps 102 and 103. The flow to and through the vacuum pumps 102, 103 is duct 810, valve 79, duct 112, duct 62, duct 61 and 57, vacuum pump 103, duct 56 ), The vacuum pump 102, the pipe 51, and the outlet silencer 101.
베드 B(109)가 재생 사이클을 완료하면, 베드 B(109)는 배관(88 및 87), 밸브(86), 배관(85), 및 배관(81)을 통해 공급 공기를 수용하고, 배관(67b) 및, 배관(70)에 연결되는 밸브(78)로 산소 부화 공기를 방출한다. 베드 A(110)가 흡착 또는 재생 사이클에 있을 때, 베드 A(110)는 배관(65), 밸브(63) 및 배관(62)을 통해 베드 B(109)와 관련하여 기술된 것과 유사한 방법으로 비워진다.Once bed B 109 completes the regeneration cycle, bed B 109 receives supply air through tubing 88 and 87, valve 86, tubing 85, and tubing 81, and 67b) and the oxygen enriched air is discharged to the valve 78 connected to the pipe 70. When bed A 110 is in an adsorption or regeneration cycle, bed A 110 is connected in a manner similar to that described with respect to bed B 109 via piping 65, valve 63 and piping 62. Is emptied.
본 발명에 따라서, 종래에 사용되었던 6 개의 이중 포트식 밸브 모두의 기능을 단일의 다중 포트식 밸브로 결합시키는 다중 포트식 밸브가 개발되었다. 그 결과, 복잡한 배관이 상당히 감소되었고, 그리고 다수의 이중 포트식 밸브를 사용하지 않게 되었다. 밸브의 급속 작동은 VPSA 설비를 위한 비교적 짧은 사이클 시간으로 인하여 전체 실행에 있어서 중요한 인자가 되는 사이클 시간을 감소시킨다. 또한, 밸브의 급속 작동은 유동의 보다 정밀한 차단에 기인하여 혼합 손실을 감소시킴으로써 베드 내의 흡착제를 보다 효율적으로 이용할 수 있게 한다. 따라서, 동일한 베드의 깊이에 있어서, 보다 생산성이 향상될 수 있으며, 그리고 보다 짧은 사이클 시간을 가진 보다 짧은 베드 깊이를 동일한 제조에 이용할 수도 있다. 결국, 설비의 단위 자본비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 보다 최적화된 VPSA 사이클을 개량시킬 수 있으며, 작업 비용을 더 감소시킬 수 있다. 본 발명의 밸브 내에서의 최적화된 낮은 압력 강하 및 단순화된 연결 배관이 본 발명의 이점에 추가된다.In accordance with the present invention, a multi-port valve has been developed that combines the functions of all six dual-port valves used in the prior art into a single multi-port valve. As a result, complicated piping has been significantly reduced, and many dual ported valves are not used. Rapid actuation of the valve reduces cycle time, which is an important factor for the overall run due to the relatively short cycle time for the VPSA installation. In addition, rapid actuation of the valves allows for more efficient use of the adsorbents in the bed by reducing mixing losses due to more precise shutoff of the flow. Thus, for the same bed depth, more productivity can be improved, and shorter bed depths with shorter cycle times can also be used for the same manufacture. As a result, the unit capital cost of the installation can be reduced. In addition, the present invention can improve the more optimized VPSA cycle and further reduce the operating cost. Optimized low pressure drop and simplified connecting tubing in the valve of the present invention add to the advantages of the present invention.
본 발명에 따른 바람직한 밸브는 도 1에 도시된 6 개의 자동 밸브, 즉 밸브(63, 79, 83, 86, 90 및 92)의 기능을 결합시킨다. 본 발명에 따른 바람직한 이중 챔버 다중 포트식 회전 밸브는 도 2 내지 도 5 및 도 8에 도시되어 있다. VPSA 시스템에 회전 밸브를 결합시킨 것은 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 회전 밸브(200)는 각각 120도 떨어져 위치되는 3 포트를 가진 두 개의 독립적인 세트를 포함하고, 각각의 세트는 공통의 유입구/배출구를 갖는다. 밸브의 중공 원통의 드럼형 본체(201)는 상응하는 드럼형 원통 플러그(202a 및 202b)를 내부에 수용하며, 이들 플러그는 각각 제 1 및 제 2 독립 챔버 내에 배치되고 중앙 샤프트(203)를 중심으로 독립적으로 회전할 수 있다. 하기에 상세하게 설명될 바와 같이, 밸브의 공급측 및 진공측은 중앙에서 차단되며 서로에 대해 독립적으로 작동한다. 밸브의 외측 본체는 원통형이며, 다른 VPSA 시스템 부품에 작동 가능하게 연결되기 위하여 자체 외측부를 따라 다수의 유동 포트를 포함한다. 회전 밸브의 단면이 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는데, 도 4a에는 포트(C, D 및 F)의 위치가 도시되어 있고, 도 4b에는 포트(H, I 및 J)의 위치가 도시되어 있다. 회전 밸브의 각각의 부분 또는 챔버에 있어서, 포트는 밸브 하우징의 외측부 둘레에서 약 120도의 각도로 이격된다. 포트(D 및 H)는 베드 A(110)에 연결되는 매니폴드(222)에 의해 외부에서 서로 연결된다. 포트(F 및 J)는 베드 B(109)에 연결되는 매니폴드(224)에 의해 외부에서 서로 연결된다. 포트(C 및 I)는 각각 시스템 배출구 소음기(108 및 101)에 연결된다.Preferred valves according to the invention combine the functions of the six automatic valves shown in FIG. 1, namely valves 63, 79, 83, 86, 90 and 92. Preferred dual chamber multi-port rotary valves according to the invention are shown in FIGS. 2 to 5 and 8. The coupling of the rotary valve to the VPSA system is shown in FIGS. 6 and 7. The rotary valve 200 comprises two independent sets with three ports each located 120 degrees apart, each set having a common inlet / outlet. The hollow cylindrical drum body 201 of the valve houses the corresponding drum cylindrical plugs 202a and 202b therein, which plugs are disposed in the first and second independent chambers respectively and center the central shaft 203. Can be rotated independently. As will be explained in detail below, the supply side and the vacuum side of the valve are shut off at the center and operate independently of each other. The outer body of the valve is cylindrical and includes a number of flow ports along its outer portion for operably connecting to other VPSA system components. The cross section of the rotary valve is shown in FIGS. 4A and 4B, where the positions of ports C, D and F are shown in FIG. 4A and the positions of ports H, I and J are shown in FIG. 4B. . In each portion or chamber of the rotary valve, the ports are spaced at an angle of about 120 degrees around the outside of the valve housing. Ports D and H are connected to each other externally by a manifold 222 that is connected to bed A 110. Ports F and J are externally connected to each other by manifold 224, which is connected to bed B 109. Ports C and I are connected to system outlet silencers 108 and 101, respectively.
도 2에 상세하게 도시되어 있고 도 3에 그 구성이 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 회전 밸브(200)는 밸브 본체의 양 단부에 두 개의 유입/배출 통로(206a 및 206b)를 갖는다. 유입/배출 통로는 서로 교환 가능하지만, 통로(206a)는 진공 소스에 연결되는 한편, 통로(206b)는 대기 공급 공기의 소스에 연결된다. 배출 포트(C, D 및 F)는 진공 유입 통로(206a)에 연결되기에 적합하며, 배출 포트(H, I 및 J)는 진공 유입 통로(206b)에 연결되기에 적합하다. 회전 밸브(200)의 본체(201)는 회전 플러그(202a 및 202b)를 포함한다. 플러그 및 밸브는 서로에 독립적으로 플러그(202a 및 202b)를 지시하는 두 개의 독립 스트림의 처리를 허용하도록 칸막이(205)에 의해 두 개의 챔버로 분할된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 플러그는 시계 방향이나 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 플러그(202a)는 진공 유입 통로(206a)에 면하는 자체 단부에 개구부(218a)를 가지며 자체 외측부 상에 서로 내부 연통하는 개구부(220a)를 갖는다. 마찬가지로, 플러그(202b)는 공급 공기 유입 통로(206b)에 면하는 자체 단부에 개구부(218b)를 가지며 자체 외측부 상에 서로 내부 연통하는 개구부(220b)를 갖는다. 플러그(202a, 202b)의 회전시, 외측 개구부(220a, 220b)는 포트와 연통하는 시스템 부품으로의 진공 및/또는 공급 공기의 유동을 위하여 소정의 포트와 정렬되도록 지시될 수 있다.As shown in detail in FIG. 2 and schematically illustrated in FIG. 3, the rotary valve 200 has two inlet / outlet passages 206a and 206b at both ends of the valve body. The inlet / outlet passages are interchangeable with each other, but passage 206a is connected to a vacuum source, while passage 206b is connected to a source of atmospheric supply air. Discharge ports C, D and F are suitable for connection to vacuum inlet passage 206a, and outlet ports H, I and J are suitable for connection to vacuum inlet passage 206b. The body 201 of the rotary valve 200 includes rotary plugs 202a and 202b. The plug and valve are divided into two chambers by partition 205 to allow processing of two independent streams that direct plugs 202a and 202b to each other. As shown in FIGS. 4A and 4B, the plug may rotate clockwise or counterclockwise. The plug 202a has an opening 218a at its end facing the vacuum inlet passage 206a and has an opening 220a in internal communication with each other on its outer side. Likewise, the plug 202b has an opening 218b at its end facing the supply air inlet passage 206b and has an opening 220b in internal communication with each other on its outer side. Upon rotation of the plugs 202a, 202b, the outer openings 220a, 220b may be directed to align with a predetermined port for the flow of vacuum and / or supply air to the system component in communication with the port.
플러그(202a 및 202b)는 고속의 작동을 위해 비교적 낮은 질량을 제공하도록 비교적 박막의 드럼으로 구성되는 것이 바람직하다. 플러그(202a 및 202b)는 베어링(204)을 포함하는 샤프트(203)에 의해 각각의 단부에서 중심 지지된다. 샤프트(203)는 베어링(204) 상에서 회전한다. 기어 박스(209a 및 209b)를 통해 구동하는 서보 모터 또는 다른 구동식 모터(208a 및 208b)는 플러그(202a 및 202b)를 각각 회전시키고 위치시키는 원동력을 제공한다. 플러그(202a 및 202b) 내의 각각의 개구부 둘레의 시일(217)은 누출 밀폐 작용을 제공한다. 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시된 바와 같이, 플러그 개구부가 밸브 배출 포트와 정렬되지 않은 경우에 플러그 개구부를 밀봉시키도록 포트들의 사이에서 밸브 본체(201)의 내부 둘레에 3 개의 시일(217)이 배치된다.The plugs 202a and 202b are preferably constructed of relatively thin drums to provide a relatively low mass for high speed operation. Plugs 202a and 202b are center supported at each end by shaft 203 including bearing 204. The shaft 203 rotates on the bearing 204. Servo motors or other driven motors 208a and 208b that drive through gear boxes 209a and 209b provide the driving force to rotate and position the plugs 202a and 202b, respectively. Seals 217 around each opening in plugs 202a and 202b provide a leaktight action. 4A, 4B, and 5, three seals 217 around the interior of the valve body 201 between the ports to seal the plug opening when the plug opening is not aligned with the valve outlet port. ) Is placed.
비록 박막의 플러그의 낮은 질량과 함께 플러그의 낮은 질량이 VPSA 시스템에서 매우 바람직한 고속 작동을 가능하게 하지만, 비틀림의 가능성이 발생한다. 시일(217)은 비틀림 문제를 감소시키거나 해소시키도록 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 비교적 강성의 프레임(223)이 시일 섹션(221a 내지 221d)을 포함하는 비교적 강성의 시일을 갖는다. 시일 섹션은 고무 또는 "teflon"과 같은 내마모성 탄성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 종방향 시일 섹션(221a 및 221c)은 직선이며 드럼의 종축선과 평행하게 정렬된다. 주변 시일 섹션(221b 및 221d)은 드럼의 둘레와 정렬되고 드럼의 곡률과 일치하도록 구부러진다. 이러한 시일(217)은 밸브 본체(201)의 내측 원통형 벽을 따라서 밸브 포트 사이에 위치한다. 밸브 본체(201)에 고정되는 공압식 실린더 액츄에이터(222)는 밸브 드럼의 회전이 시작하기 전에 드럼과 밀착 상태로부터 시일 조립체를 후퇴시키도록 작동하고 회전이 정지된 후에 드럼과 밀착하도록 시일 조립체를 내민다. 이러한 방법으로, 드럼의 비틀림을 따르도록 충분한 가요성을 제공할 뿐만 아니라, 시일(221)과 드럼 또는 플러그(202a 및 202b) 사이의 미끄럼 마모를 제거함으로써 시일의 마모도 방지된다. 밸브 본체와 플러그 사이에 마찰이 없기 때문에 플러그의 작용은 플러그의 방해 움직임으로 촉진된다. 또한, 이러한 구성은 시일 주변부를 최소화시키기 때문에, 시일을 통한 누출의 가능성이 최소화된다.Although the low mass of the plug, together with the low mass of the thin film plug, enables high speed operation which is very desirable in VPSA systems, the possibility of twisting occurs. Seal 217 is configured to reduce or eliminate torsion problems. As shown in FIG. 5, the relatively rigid frame 223 has a relatively rigid seal comprising seal sections 221a-221d. The seal section is preferably made of rubber or a wear resistant elastic material such as "teflon". The longitudinal seal sections 221a and 221c are straight and aligned parallel to the longitudinal axis of the drum. Peripheral seal sections 221b and 221d are aligned with the perimeter of the drum and bent to match the curvature of the drum. This seal 217 is located between the valve ports along the inner cylindrical wall of the valve body 201. The pneumatic cylinder actuator 222 secured to the valve body 201 operates to retract the seal assembly from close contact with the drum before rotation of the valve drum begins and extends the seal assembly to closely contact the drum after rotation has ceased. In this way, not only provide sufficient flexibility to follow the torsion of the drum, but also wear of the seal is eliminated by eliminating slip wear between the seal 221 and the drum or plugs 202a and 202b. Since there is no friction between the valve body and the plug, the action of the plug is facilitated by the plug's disturbing movement. In addition, since this configuration minimizes the seal periphery, the possibility of leakage through the seal is minimized.
본 발명에 따른 바람직한 다중 포트식 회전 밸브는 본 출원과 동일자로 출원된 "회전 밸브"의 제목을 가진 미국 특허출원 제 호에 상세하게 개시되어 있다. 도 2 내지 도 5에 도시되어 있는 회전 밸브(200)는 두 개의 공급 밸브, 두 개의 진공 밸브 및 두 개의 무부하 배출구를 이용하는 종래의 시스템의 과제를 달성하는데 적합하다. 도 6에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 다중 포트식 회전 밸브(200)는 종래의 VPSA 시스템에 결합될 수도 있다. 회전 밸브의 통로(206a)는 진공 펌프(102, 103)에 연결되며, 통로(206b)는 공급 송풍기(106)에 연결된다. 포트(D 및 H)는 매니폴드(222)를 통해 베드 A(110)에 연결되고, 포트(F 및 J)는 매니폴드(224)를 통해 베드 B(109)에 연결된다. 포트(C 및 I)는 대기 배출구로 연결된다.Preferred multi-port rotary valves according to the present invention are disclosed in detail in US Patent Application No. entitled "Rotating Valves" filed identically to this application. The rotary valve 200 shown in FIGS. 2-5 is suitable for accomplishing the problem of a conventional system using two supply valves, two vacuum valves and two no-load outlets. As shown schematically in FIG. 6, the multi-port rotary valve 200 may be coupled to a conventional VPSA system. The passage 206a of the rotary valve is connected to the vacuum pumps 102 and 103, and the passage 206b is connected to the supply blower 106. Ports D and H are connected to bed A 110 via manifold 222, and ports F and J are connected to bed B 109 through manifold 224. Ports C and I are connected to the air outlet.
본 발명의 회전 밸브를 바람직한 전체 VPSA 시스템에 결합시킨 것이 도 7에 도시되어 있다. 모든 시스템 부품은 회전 밸브(200)에의 접속부를 제외하고는 도 2에 도시된 부품들과 동일하다. 공기 공급 배관(92)이 회전 밸브 공급 통로(206b)에 연결된다. 그 다음에, 공급 공기는 포트(H)에 연결시키는 플러그(202b)의 회전에 의해 베드 A(110)로 이송될 수 있다. 그 후, 공급 공기는 질소를 제거하기 위하여 매니폴드(222)와 배관(65)을 통해 베드 A(110)로 유입된다. 공급 공기는 포트(J)와 매니폴드(224)에 연결시키는 플러그(202b)의 회전에 의하여 베드 B(109)로 선택적으로 이송될 수 있으며, 그 이후에 공급 공기는 질소의 제거를 위하여 배관(81)을 통해 베드 B(109)로 유입된다.The coupling of the rotary valve of the present invention to the preferred overall VPSA system is shown in FIG. 7. All system components are the same as the components shown in FIG. 2 except for connections to the rotary valve 200. The air supply pipe 92 is connected to the rotary valve supply passage 206b. The supply air can then be transferred to bed A 110 by the rotation of plug 202b connecting port H. The feed air then enters bed A 110 through manifold 222 and piping 65 to remove nitrogen. The supply air can be selectively transferred to bed B 109 by the rotation of the plug 202b connecting port J and manifold 224, after which the supply air is piped to remove nitrogen. 81 enters bed B 109.
베드 B(109)의 진공 제거는 매니폴드(224), 밸브 포트(F)(플러그(202a)와 조절됨), 진공 유입구/배출 통로(206a), 및 배관(61)을 통해 진공 펌프(102, 103)로 유출된다. 이러한 사이클의 제 1 절반이 완료되면, 사이클은 전술한 방법과 유사한 방법으로 베드 B(109) 내에서 실행되는 흡착과 베드 A(110) 내에서 실행되는 재생을 계속하고, 진공 배출은 매니폴드(222), 밸브 포트(D)(플러그(202a)와 조절됨), 진공 유입구/배출 통로(206a), 및 배관(61)을 통해 진공 펌프(102, 103)로 유출된다.Vacuum removal of bed B 109 is carried out through manifold 224, valve port F (regulated with plug 202a), vacuum inlet / outlet passage 206a, and piping 61. Out of 103). When the first half of this cycle is completed, the cycle continues with the adsorption run in bed B 109 and the regeneration run in bed A 110 in a manner similar to that described above, and the vacuum evacuation is carried out. 222, valve port D (adjusted with plug 202a), vacuum inlet / outlet passage 206a, and tubing 61 exit to vacuum pumps 102, 103.
VPSA 사이클의 작동 동안의 소정의 포트 순서는 두 개의 챔버 내의 드럼의 독립적인 회전을 통해 달성된다. 도 8a 내지 도 8h는 밸브 회전 순서 및 바람직한 포트 배열을 각각 도시하고 있다. 밸브 내부 드럼 또는 플러그는 세 개의 위치 중의 한 위치로 양 방향 중 한 방향으로 회전하여, 공급 펌프 및 진공 펌프를 베드나 배출 위치로 독립적으로 연결시킨다. 필요시, 이것은 각각의 베드 가압기간 사이에 배출 단계를 허용한다. 또한, 배출 위치는 개시, 양 베드의 차단, 및 송풍기 배출을 위해 사용된다. 정상 작동 하에 있는 진공 단부는 배출 위치(포트(C))에서 정지하지 않고 베드 A(110)에 연결되어 있는 포트(D)로부터 베드 B(109)에 연결되어 있는 포트(F)로 회전한다. 밸브는 필요시 양 베드를 차단하고 송풍기를 배출하도록, 무부하를 위한 배출 포트 위치에서 정지하게 된다. 이러한 배출 무부하 특징은 밸브가 제어 시스템에 의해 지시되는 바와 같은 배출 위치로 임의의 시간에 유도될 수 있을 것을 요구한다.The desired port order during operation of the VPSA cycle is achieved through independent rotation of the drums in the two chambers. 8A-8H show the valve rotation order and preferred port arrangement, respectively. The valve inner drum or plug rotates in one of two directions to one of three positions, independently connecting the feed pump and the vacuum pump to the bed or discharge position. If necessary, this allows a discharge step between each bed pressurization period. The discharge location is also used for initiation, blocking of both beds, and blower exhaust. The vacuum end under normal operation rotates from port D connected to bed A 110 to port F connected to bed B 109 without stopping at the discharge position (port C). The valve is stopped at the discharge port position for no load, to shut off both beds and vent the blower if necessary. This discharge no load feature requires that the valve can be directed at any time to the discharge position as indicated by the control system.
필요한 포트 순서는 독립적으로 회전하는 두 개의 챔버를 사용함으로써 달성된다. 이들 챔버는 필요한 사이클 순서를 달성하기 위하여 작동 코스 내에서 회전 방향을 역전시키는 것이 바람직하다. 바람직한 VPSA 사이클을 위한 밸브 회전 및 포트 배열은 공급 밸브 및 진공 밸브에 대한 기재와 함께 표 1에 기재되어 있다. 각각의 단계를 위한 적절한 시간 및 압력 범위가 바람직한 시간 및 압력과 함께 괄호 내에 기재되어 있다. 다른 언급이 없는 한, 모든 압력의 단위는 psia이다.The required port order is achieved by using two chambers that rotate independently. These chambers preferably reverse the direction of rotation within the course of operation to achieve the required cycle sequence. Valve rotations and port arrangements for the preferred VPSA cycles are listed in Table 1 together with descriptions for the supply valves and the vacuum valves. Appropriate time and pressure ranges for each step are listed in parentheses along with the preferred time and pressure. Unless stated otherwise, all units of pressure are psia.
도 8a 내지 도 8d는 도 2 및 도 3의 선 4b-4b를 따라서 취해진 도면이며, 도 8e 내지 도 8h는 도 2 및 도 3의 선 4a-4a를 따라서 취해진 도면이다. 도 8a 및 도 8e에 도시되어 있는 제 1 밸브 위치에서 드럼은 도시된 방향으로 회전하여, 드럼 또는 플러그(202b) 내의 개구부(220b)가 포트(H)와 일치되어 베드 A(110)로의 공급 공기 유입을 허용하고, 그리고 드럼 또는 플러그(202a) 내의 개구부(220a)는 포트(F)와 일치되어 베드 B(109)의 진공 배출을 허용한다. 각각의 드럼 챔버에서, 각각의 공급 및 진공의 연결은 다른 포트들로부터 차단된다. 표 1의 단계 1 내지 4는 제 1 위치의 드럼으로 실행된다. 단계 1 동안에, 오버헤드 밸브(68 및 78)가 개방되고, 공급 공기가 베드 A(110)의 하부로 펌핑되는 한편, 베드 B(109)로부터 가압된 산소 부화 공기가 베드 A(110)로 이동된다. 단계 2에서, 밸브(78)가 폐쇄되고 베드 B(109)는 진공 펌프(102, 103)에 의해 비워진다. 밸브(68)는 개방된 상태로 남고, 베드 A(110)는 챔버의 상부로의 집적 탱크(11)로부터 산소 부화 공기를 공급받는 한편, 회전 밸브(200)를 통해 기저부로부터 공기를 공급받는다. 베드 B(109)에서, 밸브(78)는 폐쇄되고 챔버는 계속 배출된다. 단계 3에서, 밸브(68)가 폐쇄되고 베드 A(110)는 회전 밸브(200)를 통해 공급 공기를 계속 수용한다. 베드 B(109)는 단계 2에서와 같이 계속 비워진다. 단계 4에서, 밸브(68)가 개방되는 한편, 회전 밸브(200)를 통해 공급 공기를 수용하고, 질소의 흡착으로 인한 산소 부화 공기는 생성물 집적 탱크(11)로 계속 유입된다.8A-8D are views taken along lines 4b-4b of FIGS. 2 and 3, and FIGS. 8E-8H are views taken along lines 4a-4a of FIGS. 2 and 3. In the first valve position shown in FIGS. 8A and 8E, the drum rotates in the direction shown, so that the opening 220b in the drum or plug 202b matches the port H to supply air to bed A 110. Inlet is allowed, and opening 220a in drum or plug 202a coincides with port F to allow vacuum out of bed B 109. In each drum chamber, each supply and vacuum connection is isolated from the other ports. Steps 1 to 4 of Table 1 are performed with the drum in the first position. During step 1, overhead valves 68 and 78 are opened and feed air is pumped down to bed A 110 while pressurized oxygen enriched air from bed B 109 moves to bed A 110. do. In step 2, valve 78 is closed and bed B 109 is emptied by vacuum pumps 102 and 103. The valve 68 remains open and bed A 110 receives oxygen enriched air from the integrated tank 11 to the top of the chamber while air is supplied from the base via the rotary valve 200. In bed B 109, valve 78 is closed and the chamber continues to drain. In step 3, valve 68 is closed and bed A 110 continues to receive supply air through rotary valve 200. Bed B 109 continues to be emptied as in step 2. In step 4, the valve 68 is opened while receiving feed air through the rotary valve 200, and oxygen enriched air due to the adsorption of nitrogen continues to flow into the product accumulation tank 11.
도 8b 및 도 8f에 도시된 바와 같은 제 2 밸브 위치에 있어서 드럼은 도시된 방향으로 회전하여, 드럼 또는 플러그(202b) 내의 개구부(220b)가 포트(I)와 일치되어 필요시 공급 공기를 배출시키고, 그리고 드럼 또는 플러그(202a) 내의 개구부(220a)는 포트(F)와 일치되어 베드 B(109)의 진공 배출을 허용한다. 각각의 드럼 챔버에서, 각각의 공급 및 진공의 연결은 다른 포트들로부터 차단된다. 표 1의 단계 5는 제 2 위치의 드럼으로 실행된다. 단계 5에서, 베드 A(110) 내에서의 산소 부화 생성물의 생성은 기저부가 회전 밸브(200)에 의해 차단됨으로써 중지된다. 밸브(68 및 78)는 개방되어, 압력 및 잔여 산소 부화 공기는 베드 B(109)로 이동된다. 어느 쪽 챔버로도 공급 공기가 펌핑되지 않는다.In the second valve position as shown in Figs. 8B and 8F, the drum rotates in the direction shown, so that the opening 220b in the drum or plug 202b coincides with the port I to discharge supply air if necessary. And the opening 220a in the drum or plug 202a coincides with the port F to allow vacuum evacuation of bed B 109. In each drum chamber, each supply and vacuum connection is isolated from the other ports. Step 5 of Table 1 is carried out with the drum in the second position. In step 5, the production of oxygen enrichment product in bed A 110 is stopped by the bottom being blocked by the rotary valve 200. Valves 68 and 78 are open such that pressure and residual oxygen enriched air are moved to bed B 109. No supply air is pumped into either chamber.
도 8c 및 도 8g에 도시되어 있는 제 3 밸브 위치에 있어서 드럼은 도시된 방향으로 회전하여, 드럼 또는 플러그(202b) 내의 개구부(220b)가 포트(J)와 일치되어 공급 공기를 베드 B(109)로 유출시키고, 그리고 드럼 또는 플러그(202a) 내의 개구부(220a)는 포트(D)와 일치되어 베드 A(110)의 진공 배출을 허용한다. 앞서와 같이, 각각의 드럼 챔버에서, 각각의 공급 및 진공의 연결은 다른 포트들로부터 차단된다. 표 1의 단계 6 내지 단계 8은 제 3 위치의 드럼으로 실행된다. 단계 6에서, 밸브(68 및 78)가 개방된다. 베드 A(110)는 산소 부화 생성물 및 압력을 베드 B(109)로 계속 운반한다. 동시에, 베드 A(110)는 잔여 질소가 챔버로부터 제거될 때에 기저부에서 회전 밸브(200)를 통해 진공 펌프(102, 103)에 연결된다. 베드 B(109)에서, 공급 공기는 회전 밸브(200)를 통해 유입되기 시작한다. 단계 7에서, 밸브(68)가 폐쇄되고 베드 A(110)는 회전 밸브(200)를 통해 계속 비워진다. 베드 B(109)에서, 밸브(78)가 폐쇄되고 압력이 상승할 때에 공급 공기는 회전 밸브(200)를 통해 계속 유입된다. 단계 8에서, 밸브(68)가 개방되고 베드 A(110)는 상부를 통한 집적 탱크(11)로부터의 산소 부화 공기의 동시 유동 및 기저부를 통한 회전 밸브(200)에 의한 배출에 의하여 질소를 제거한다. 베드 B(109)에서, 밸브(78)가 개방되고 산소 부화 공기가 생성될 때에 공급 공기는 회전 밸브(200)를 통해 계속 유입된다.In the third valve position shown in FIGS. 8C and 8G, the drum rotates in the direction shown, so that the opening 220b in the drum or plug 202b coincides with the port J to supply the feed air to bed B 109. ), And opening 220a in drum or plug 202a coincides with port D to allow vacuum evacuation of bed A 110. As before, in each drum chamber, each supply and vacuum connection is isolated from the other ports. Steps 6 to 8 of Table 1 are executed with the drum in the third position. In step 6, valves 68 and 78 are opened. Bed A 110 continues to carry oxygen enrichment product and pressure to Bed B 109. At the same time, bed A 110 is connected to vacuum pumps 102 and 103 via rotary valve 200 at the bottom when residual nitrogen is removed from the chamber. In bed B 109, feed air begins to flow through rotary valve 200. In step 7, valve 68 is closed and bed A 110 continues to empty through rotary valve 200. In Bed B 109, supply air continues to flow through rotary valve 200 when valve 78 is closed and the pressure rises. In step 8, valve 68 is opened and bed A 110 removes nitrogen by simultaneous flow of oxygen-enriched air from integrated tank 11 through the top and discharge by rotary valve 200 through the base. do. In bed B 109, feed air continues to flow through rotary valve 200 when valve 78 is opened and oxygen enriched air is produced.
마지막으로, 도 8d 및 도 8h에 도시되어 있는 제 4 밸브 위치에 있어서 드럼은 도시된 방향으로 회전하여, 드럼 또는 플러그(202b) 내의 개구부(220b)가 포트(I)와 일치되어 필요시 공급 공기를 배출시키고, 그리고 드럼 또는 플러그(202a) 내의 개구부(220a)는 포트(D)와 일치되어 베드 A(110)의 진공 배출을 허용한다. 앞서와 같이, 각각의 드럼 챔버에서, 각각의 공급 및 진공의 연결은 다른 포트들로부터 차단된다. 표 1의 단계 9는 제 4 위치의 드럼으로 실행된다. 단계 9에서, 밸브(68 및 78)가 개방되고, 베드 A(110)는 기저부로부터 계속 비워지는 한편, 베드 B(109)로부터 산소 부화 공기를 가압시킨다. 공급 공기는 어느 쪽 챔버로도 펌핑되지 않는다.Finally, in the fourth valve position shown in FIGS. 8D and 8H, the drum rotates in the direction shown, such that the opening 220b in the drum or plug 202b coincides with the port I to supply air if necessary. And opening 220a in drum or plug 202a coincides with port D to allow vacuum evacuation of bed A 110. As before, in each drum chamber, each supply and vacuum connection is isolated from the other ports. Step 9 of Table 1 is performed with the drum in the fourth position. In step 9, valves 68 and 78 are opened and bed A 110 continues to empty from the base while pressurizing oxygen enriched air from bed B 109. Supply air is not pumped into either chamber.
하기의 표 2는 종래의 2 포트식 밸브를 사용하지 않고 본 발명에 따른 회전 밸브인 다중 포트식 회전 밸브를 사용하는 VPSA 프로세스의 차이점과 개선점을 나타내고 있다.Table 2 below shows the differences and improvements of the VPSA process using a multi-port rotary valve which is a rotary valve according to the present invention without using a conventional two-port valve.
VPSA 시스템 내의 압력 강하는 매우 큰 경제적 가치를 지닌다. 기술된 바와 같이, 복잡한 연결 배관이 본 발명에 따라서 상당히 감소되었다. 회전 밸브의 경량의 정률 증가식 용량과 함께 이것은 밸브를 통한 압력 강하의 감소를 가능하게 한다.The pressure drop in the VPSA system is of great economic value. As described, complicated connecting tubing has been significantly reduced in accordance with the present invention. This, together with the light weight incremental capacity of the rotary valve, allows for a reduction in the pressure drop through the valve.
또한, 회전 밸브의 구성 및 특징은 상당한 반복적 서비스를 가능하게 한다. 양호한 마모성도 매우 중요하다. 비마모성과 함께 낮은 질량의 플러그의 설계는 급속한 밸브 작동, 매우 짧은 사이클 시간 및 낮은 유지비를 가능하게 하여, 베드의 크기의 감소와 관련하여 비용을 절감시킨다. 회전 밸브의 명확한 위치선정 및 작동의 고빈도는 기본적으로 마모, 미끄러짐 또는 밸브 본체에 대한 지지를 허용하지 않는다.In addition, the configuration and features of the rotary valve allow for significant repetitive service. Good wear is also very important. The design of low mass plugs with non-abrasion allows for rapid valve operation, very short cycle times and low maintenance costs, saving costs in terms of reducing the size of the bed. Clear positioning of the rotary valve and high frequency of operation basically do not allow wear, slip or support to the valve body.
비용 측면에서는 VPSA 유닛의 밸브 스키드의 비용을 약 40% 정도 절감시킨다. 또한, 회전 밸브에 의해 동력 소비량이 감소될 수 있다. 압력 강하를 감소시키고 배관의 단순화에 의한 부피의 감소로 인하여, 대략적으로 0.1 내지 0.2 kw/TPD의 절감이 가능하다. 또한, 필수 공기 도구의 감소로 인하여 0.1 내지 0.2 kw/TPD가 추가로 절감될 수 있다.In terms of cost, the valve skid of the VPSA unit is reduced by about 40%. In addition, the power consumption can be reduced by the rotary valve. Due to the reduced pressure drop and the reduced volume due to the simplification of the piping, a saving of approximately 0.1 to 0.2 kw / TPD is possible. In addition, 0.1 to 0.2 kw / TPD can be further saved due to the reduction of the required air tools.
상기의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 사이클의 작동은 밸브의 급속 작동에 좌우된다. 본 발명은 전술한 바와 같은 VPSA 분야로 제한되지 않는다. 포트의 개수는 포트의 크기 및 밸브 본체의 외측부 상의 물리적 공간에 의해서만 제한 받는다. 따라서, 세 개, 네 개, 또는 그 이상의 포트가 밸브의 각 챔버를 설계하는데 고려될 수 있다. 포트는 전술한 방법 중 임의의 방법으로 밸브의 외부에 매니폴드를 가질 수도 있다. 또한, 소정 개수의 대응 포트를 포함하기 위하여, 플러그의 중앙에 견고한 막을 설치함으로써 플러그를 둘 이상의 챔버로 분할시킬 수 있다. 이러한 설계에 있어서, 플러그의 양 챔버는 함께 작동할 수 있다. 그러나, 플러그는 각각 독립적으로 작동되는 두 개의 분리된 섹션으로 설계될 수도 있다. 단일 작동 플러그이거나 2 섹션 독립 작동 플러그인 플러그의 회전은 사이클에 필요한 임의의 순서로 시계 방향이나 반시계 방향으로 회전하도록 제어될 수 있다. 플러그의 제어는 전기 모터 및 공압식 또는 유압식 기어 세트에 의해 이루어질 수 있다. 플러그의 작동은 소정의 순서로 작동하도록 컴퓨터 프로그래밍될 수 있다. 전술한 모든 특징은 무한한 수로 변경된 VPSA 사이클에 본 밸브를 적용시키는 것을 가능하게 한다.As can be seen in the above embodiment, the operation of the cycle depends on the rapid operation of the valve. The present invention is not limited to the VPSA field as described above. The number of ports is limited only by the size of the ports and the physical space on the outside of the valve body. Thus, three, four, or more ports can be considered in designing each chamber of the valve. The port may have a manifold outside of the valve in any of the ways described above. It is also possible to divide the plug into two or more chambers by installing a rigid membrane in the center of the plug to include a predetermined number of corresponding ports. In this design, both chambers of the plug can work together. However, the plug may also be designed as two separate sections, each operating independently. The rotation of the single acting plug or the two section independent acting plug plug can be controlled to rotate clockwise or counterclockwise in any order required for the cycle. The control of the plug can be made by an electric motor and a pneumatic or hydraulic gear set. The operation of the plug can be computer programmed to operate in a predetermined order. All of the foregoing features make it possible to apply this valve to an infinite number of modified VPSA cycles.
또한, 본 발명의 회전 밸브를 사용하는 시스템 및 방법은 상이한 압력들이 가해지는 챔버를 이용하는 다른 시스템에 적용될 수도 있다. 한 유로에 진공 펌프에 연결된 밸브를 갖고 다른 유로에 공급 공기 송풍기를 갖는 대신에, 이들 양 유로는 대기압 이상의 상이한 압력들에서 공급 공기 송풍기에 연결될 수 있다. 선택적으로, 양 밸브 유로는 대기압 이하의 상이한 압력들에서 독립 진공 펌프에 연결될 수도 있다. 또한, 상기 시스템 및 방법은 두 개의 챔버 대신에 한 개의 챔버를 갖고 이용될 수도 있다.In addition, the systems and methods using the rotary valves of the present invention may be applied to other systems using chambers where different pressures are applied. Instead of having a valve connected to a vacuum pump in one flow path and a supply air blower in another flow path, both flow paths can be connected to the supply air blower at different pressures above atmospheric pressure. Optionally, both valve flow paths may be connected to an independent vacuum pump at different pressures below atmospheric pressure. The system and method may also be used with one chamber instead of two chambers.
비록 본 발명을 바람직한 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만, 많은 대안이나 변형이 있을 수 있음은 당업자에게 자명하다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 범위 내에 있는 어떠한 대안이나 변형도 포함하는 것임을 인식할 수 있다.Although the present invention has been described in connection with specific preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that there may be many alternatives or variations. Therefore, it will be appreciated that the appended claims cover any alternatives or modifications that fall within the scope of the present invention.
본 발명에 의하여 공기와 같은 유체로부터 소정의 성분을 선택적으로 제거하기 위한 보다 소수의 밸브를 이용하며, 시스템의 구성요소를 연결하는 과도한 배관을 제거하는 시스템에 제공되고, 그리고 향상된 사이클 시간 및 효율을 가지며 적은 동력을 사용하는 VPSA 시스템이 제공된다.The present invention provides a system that utilizes fewer valves to selectively remove certain components from a fluid, such as air, eliminates excess piping connecting components of the system, and provides improved cycle time and efficiency. And a low power VPSA system is provided.
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